机械制造基础课题二-钢的热处理

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1、课题一钢的热处理熟悉钢的热处理工艺知识掌握金属中常见的晶格类型和金属的实际晶体结构掌握钢在热处理时的组织转变规律学习目标金属的组织结构决定其性能不同金属材料具有不同性能——不同材料的化学成分与组织结构不同相同材料热加工或热处理工艺不同性能也不同相关知识加热保温冷却内部组织结构改变性能改变机械设备中重要的零件及各类工具几乎都需要经过热处理才能正常使用学习情境一金属的晶体结构固态物质原子排列晶体非晶体原子呈周期性规则排列，具有固定的熔点和各向异性的特征原子排列无规则，没有固定的熔点，具有各向同性的特征晶体的特点是：①原子在三维空间呈有规则的周期性重复

2、排列。②具有一定的熔点，如铁的熔点为1538℃，铜的熔点为1083℃。③晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具有各向异性。非晶体的特点是：①原子在三维空间呈不规则的排列。②没有固定熔点，随着温度的升高将逐渐变软，最终变为有明显流动性的液体。如塑料、玻璃、沥青等。③各个方向上的原子聚集密集大致相同，即具有各向同性。一、常见的晶格类型晶体由原子规则排列组成将原子抽象为点，用线连接构成晶格组成晶格的最小几何单元称为晶胞1、体心立方晶格每个晶胞原子数n=8×1/8+1=2(个)属于体心立方晶格类型的金属有α-Fe（912℃以下的钝铁）、铬、钼、钨

3、、钒等2、面心立方晶格每个晶胞中的原子数为n=8×1/8+6×1/2=4(个)属于面心立方晶格类型的金属有γ-Fe（1394－912℃的钝铁）、铝、铜、银、镍、铅等。3、密排六方晶格密排六方晶胞中的原子数n=12×1/6+2×1/2＋3=6(个)属于面心立方晶格类型的金属有镁、锌、铍、镉等二、金属的实际晶体结构单晶体多晶体单晶体即原子排列得非常整齐，晶格位向完全一致，且无任何缺陷存在，具有各向异性的特征多晶体即由许多位向不同的晶体组成，且其内部还存在着多种晶体缺陷晶粒：外形不规则的微小单晶体晶界：各晶粒之间的界面晶粒内部晶格位向基本上是一致的，但

4、各个晶粒彼此之间的位向却不同三、金属的晶体缺陷面缺陷点缺陷线缺陷定义：晶体内部原子排列受到干扰（热运动、杂质）而出现不规则的区域1、点缺陷起因：某些原子，某种原因（热振动、偶然偏差），脱离本应该在的位置常见的：晶格空位和间隙原子影响：晶格空位和间隙原子导致晶格畸变改变晶体的各项性能置换原子：原有的原子被其它原子替换2、线缺陷定义：晶体的某一平面上沿着某一方向伸展的呈线状分布的缺陷与点缺陷的区别：不是某几个原子的错位，而是某一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象常见类型：刃型位错、螺旋位错极大的影响金属的力学性能3、面缺陷一个晶粒过渡到另一个晶

5、粒时，晶界处出现的一个原子排列不规则的过渡层实际金属的晶粒又由许多小晶块构成，小晶块称为亚晶粒，亚晶粒的交界面称为亚晶界定义：主要由晶界和亚晶界引起，呈界面状分布的缺陷晶界、亚晶界处的原子有更强的活动能力，易被腐蚀，加热时首先熔化，有着较高的强度和硬度四、金属的结晶液态固态原子不规则排列规则排列非晶体状态晶体状态明确：工业使用最多的是合金而不是纯金属金属的晶体结构在结晶过程中逐步形成1、纯金属的结晶前提：纯金属有固定的熔点，说明什么？随着时间增加，液态金属温度逐渐降低，但在某个温度下时间增加温度却不降低，这个时候金属开始结晶，由于结晶所释放的结晶

6、潜热补偿了散失在空气中的热量，所以温度不变，这个温度即为金属的结晶温度理论结晶温度：无限缓慢的冷却条件即平衡条件下的结晶温度实际结晶温度：实际结晶过程中，冷却速度都较快，实际结晶温度小于理论温度，过冷现象过冷度：过冷度恒定吗，与什么有关？2、纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程形核（晶核）自发形核非自发形核（主导优先）长大平面长大树枝状长大自发形核非自发形核自发生核和非自发生核在金属结晶过程中是同时存在的，在实际金属和合金中，非自发生核比自发生核更重要，往往起优先的、主导的作用。结晶时，晶核生成以后，随即是晶核的长大。晶核的长大实质上就是原子由液体向

7、固体表面的转移。3、金属结晶后的晶粒大小晶粒越小金属的强度、硬度、塑性、韧度、越好获得细晶粒组织的方式：增大过冷度、变质处理、附加振动、降低浇注速度表示方式：单位体积内的晶粒数目、单位截面上的晶粒数目、晶粒的平均直径（1）增大过冷度(理论基础或原理)晶粒的大小决定于生核速率N和长大速度G,而生核速率N和长大速度G又取决于过冷度，所以晶粒大小可通过调整过冷度来控制。增大过冷度的主要办法是提高液体金属的冷却速度。(工艺实现)在铸造生产中，为了提高铸件的冷却速度，可以用金属型代替砂型；增大金属型的厚度；降低金属型的预热温度；减少涂料层的厚度，等等。（2

8、）变质处理金属的体积较大时，获得大的过冷度是困难的。对于形状复杂的铸件，常常还不允许过多地提高冷却速度。生产上为了得到细晶粒铸件，多采用